1、江蘇機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣自動(dòng)化技術(shù)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書專 業(yè) 電氣自動(dòng)化技術(shù)學(xué) 生 姓 名 徐良學(xué) 號(hào)1250192112課題基于單片機(jī)電阻爐爐溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)起 迄 日 期2013年11月18日- 2014年6月5日地點(diǎn)江蘇機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院指 導(dǎo) 教 師吳興華一、設(shè)計(jì)原始資料：?jiǎn)纹瑱C(jī)主要用于控制，它的應(yīng)用領(lǐng)域遍及各行各業(yè)，大到航天飛機(jī)，小至日常生活中的冰箱、彩電，單片機(jī)都可以大顯其能。單片機(jī)將微處理器、存儲(chǔ)器、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、i/o接口電路等集成在一個(gè)芯片上的大規(guī)模集成電路，本身即是一個(gè)小型化的微機(jī)系統(tǒng)。單片機(jī)技術(shù)與傳感與測(cè)量技術(shù)、信號(hào)與系統(tǒng)分析技術(shù)、電路設(shè)計(jì)技術(shù)、可編程邏輯應(yīng)用技術(shù)、微機(jī)接口技

2、術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)、匯編語言程序設(shè)計(jì)、高級(jí)語言程序設(shè)計(jì)、軟件工程、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)字信號(hào)處理、自動(dòng)控制、誤差分析、儀器儀表結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造工藝等的結(jié)合，使得單片機(jī)的應(yīng)用非常廣泛。同時(shí)，單片機(jī)具有較強(qiáng)的管理功能。采用單片機(jī)對(duì)整個(gè)測(cè)量電路進(jìn)行管理和控制，使得整個(gè)系統(tǒng)智能化、功耗低、使用電子元件較少、內(nèi)部配線少、成本低，制造、安裝、調(diào)試及維修方便。電阻爐是利用電流使?fàn)t內(nèi)電熱元件或加熱介質(zhì)發(fā)熱，從而對(duì)工件或物料加熱的工業(yè)爐。電阻爐在機(jī)械工業(yè)中用于金屬鍛壓前加熱、金屬熱處理加熱、釬焊、粉末冶金燒結(jié)、焙燒和退火、低熔點(diǎn)金屬熔化、砂型和油漆膜層的干燥等。電阻爐的功率是根據(jù)電阻爐的熱平衡

3、原則確定的，通過熱平衡計(jì)算，可以比較精確地算出電阻爐的功率。電爐所需的功率應(yīng)包括爐子蓄熱，工件加熱需要熱量、工件保溫需要的熱量、氣氛裂解所需的熱量，熱損失等。其中爐子蓄熱由電爐的規(guī)格、構(gòu)造和主要尺寸、爐襯厚度，材料導(dǎo)熱系數(shù)決定。一般地說，爐子越大，爐子蓄熱越大，反之亦然。工件加熱需要熱量、工件保溫需要的熱量由爐子的產(chǎn)量、工件的性質(zhì)和規(guī)格尺寸、工作溫度、時(shí)間決定。爐子的產(chǎn)量越大，功率越大，反之亦然。氣氛裂解所需的熱量，由氣氛的性質(zhì)決定。熱損失的熱量，包括進(jìn)料口部位、落料口部位的散熱和其它部位的輻射損失等。爐子功率計(jì)算有利用熱平衡原則確下的理論計(jì)算法、經(jīng)驗(yàn)計(jì)算法。理論計(jì)算法，主要參數(shù)是產(chǎn)量、溫度、

4、升溫時(shí)間。經(jīng)驗(yàn)計(jì)算法常用三種：根據(jù)爐膛容積和工作溫度計(jì)算功率或根據(jù)爐膛內(nèi)表面積和工作溫度計(jì)算功率或根據(jù)相同品種的爐子產(chǎn)量的類比推算功率。二.主要功能：?jiǎn)纹瑱C(jī)具有體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能ic卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機(jī)、攝像機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機(jī)。更不用說自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人、以及各種智能機(jī)械了。因此，單片機(jī)的學(xué)

5、習(xí)、開發(fā)與應(yīng)用將造就一批計(jì)算機(jī)應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師。單片機(jī)廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個(gè)范疇：1.在智能儀表儀表上的應(yīng)用：?jiǎn)纹瑱C(jī)具有體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實(shí)現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長(zhǎng)度、硬度、元素、壓力等物流量的測(cè)量。采用單片機(jī)控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強(qiáng)大。例如精密的測(cè)量設(shè)備，各種分析儀。2.在工業(yè)控制中的應(yīng)用：用單片機(jī)可以構(gòu)成形式多樣的控制

6、系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工廠的智能化管芯片理，電梯智能化控制、各種報(bào)警系統(tǒng)，與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級(jí)控制系統(tǒng)等。此外，單片機(jī)在工商，金融，科研、教育，國(guó)防航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途。三主要指標(biāo)1、主流單片機(jī)包括cpu、4kb容量的rom、128 b容量的ram、 2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)時(shí)器、4個(gè)8位并行口、全雙工串口行口、adc/dac、spi、i2c、isp、iap。2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，實(shí)現(xiàn)模塊化；3、單片機(jī)可靠性高，可工作到106 107小時(shí)無故障；4、處理功能強(qiáng)，速度快。5、低電壓，低功耗，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品6、控制功能強(qiáng)運(yùn)算器由運(yùn)算部件算術(shù)邏輯單元（arithmetic & l

7、ogical unit，簡(jiǎn)稱alu）、累加器和寄存器等幾部分組成。alu的作用是把傳來的數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)或邏輯運(yùn)算，輸入來源為兩個(gè)8位數(shù)據(jù)，分別來自累加器和數(shù)據(jù)寄存器。alu能完成對(duì)這兩個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行加、減、與、或、比較大小等操作，最后將結(jié)果存入累加器。例如，兩個(gè)數(shù)6和7相加，在相加之前，操作數(shù)6放在累加器中，7放在數(shù)據(jù)寄存器中，當(dāng)執(zhí)行加法指令時(shí)，alu即把兩個(gè)數(shù)相加并把結(jié)果13存入累加器，取代累加器原來的內(nèi)容6。運(yùn)算器有兩個(gè)功能：(1) 執(zhí)行各種算術(shù)運(yùn)算。(2) 執(zhí)行各種邏輯運(yùn)算，并進(jìn)行邏輯測(cè)試，如零值測(cè)試或兩個(gè)值的比較。運(yùn)算器所執(zhí)行全部操作都是由控制器發(fā)出的控制信號(hào)來指揮的，并且，一個(gè)算術(shù)操作產(chǎn)生

8、一個(gè)運(yùn)算結(jié)果，一個(gè)邏輯操作產(chǎn)生一個(gè)判決。控制器由程序計(jì)數(shù)器、指令寄存器、指令譯碼器、時(shí)序發(fā)生器和操作控制器等組成，是發(fā)布命令的“決策機(jī)構(gòu)”，即協(xié)調(diào)和指揮整個(gè)微機(jī)系統(tǒng)的操作。其主要功能有：(1) 從內(nèi)存中取出一條指令，并指出下一條指令在內(nèi)存中的位置。(2) 對(duì)指令進(jìn)行譯碼和測(cè)試，并產(chǎn)生相應(yīng)的操作控制信號(hào)，以便于執(zhí)行規(guī)定的動(dòng)作。(3) 指揮并控制cpu、內(nèi)存和輸入輸出設(shè)備之間數(shù)據(jù)流動(dòng)的方向。微處理器內(nèi)通過內(nèi)部總線把a(bǔ)lu、計(jì)數(shù)器、寄存器和控制部分互聯(lián)，并通過外部總線與外部的存儲(chǔ)器、輸入輸出接口電路聯(lián)接。外部總線又稱為系統(tǒng)總線，分為數(shù)據(jù)總線db、地址總線ab和控制總線cb。通過輸入輸出接口電路，實(shí)現(xiàn)

9、與各種外圍設(shè)備連接。四、設(shè)計(jì)要求本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是單片機(jī)水溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。它是多種技術(shù)知識(shí)的結(jié)合，不僅涉及到軟件的設(shè)計(jì)，而且還將應(yīng)用電子技術(shù)與單片機(jī)的應(yīng)用技術(shù)有機(jī)結(jié)合，使其具有精度高、測(cè)量誤差小、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。電路板的設(shè)計(jì)技術(shù)和機(jī)械加工工藝的巧妙結(jié)合，使其具備了顯示直觀、體積做工精細(xì)等特點(diǎn)，能為它在其它領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用打下良好的基礎(chǔ)。因?yàn)榻?jīng)過我們調(diào)查發(fā)現(xiàn)許多應(yīng)用場(chǎng)合原來就有測(cè)溫控溫儀器，只是隨著對(duì)生產(chǎn)質(zhì)量與生產(chǎn)需要的要求在不斷地提高，以往的那些測(cè)溫控溫的儀器根本不能滿足現(xiàn)在的要求。其中，有部分應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)精度提高的幅度要求也不是特別高。因此，為了提高性價(jià)比，我所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)提出在原有系統(tǒng)的基礎(chǔ)

10、上進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的改良，以此為出發(fā)點(diǎn)，主要闡述的是水溫自動(dòng)控制系統(tǒng)的一種實(shí)現(xiàn)方法。水箱水溫控制部分，提出了用ds18b20、stc89c52單片機(jī)及l(fā)cd的硬件電路完成對(duì)水溫的實(shí)時(shí)檢測(cè)及顯示，而爐內(nèi)溫度控制部分，由ds18b20檢測(cè)爐內(nèi)溫度，用中值濾波的方法取一個(gè)值存入程序存取器內(nèi)部一個(gè)單元作為最后檢測(cè)信號(hào)，并在lcd中顯示。控制器是用stc89c52單片機(jī)，用設(shè)定的算法對(duì)檢測(cè)信號(hào)和設(shè)定值的差值進(jìn)行調(diào)節(jié)后輸出pwm控制信號(hào)給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，去調(diào)節(jié)電阻爐的加熱功率，從而控制爐內(nèi)溫度。它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強(qiáng)、易配微處理器等優(yōu)點(diǎn)，特別適合于構(gòu)成多點(diǎn)的溫度測(cè)控系統(tǒng)，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號(hào)供微機(jī)處理，而且每片ds18b20都有唯一的產(chǎn)品號(hào)，可以一并存入其rom中，以便在構(gòu)成大型溫度測(cè)控系統(tǒng)時(shí)在單線上掛接任意多個(gè)ds18s20芯片。從ds18s20讀出或?qū)懭雂s18s20信息僅需要一根口線，其讀寫及其溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，該總線本身也可以向所掛接的ds18b20供電，